DE19625967A1 - System zur Steuerung einer Servokupplung - Google Patents
System zur Steuerung einer ServokupplungInfo
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Description
Das erfindungsgemäße System geht aus von einer Servokupplung
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Solche automatische Kupplungen bzw. Servokupplungen sind
beispielsweise bekannt aus "Kraftfahrtechnisches
Taschenbuch, Auflage, 1991, Seiten 538 und 539.
Servokupplungen bieten in Verbindung mit elektronischen
Steuergeräten und insbesondere zusammen mit servobetätigten
Schaltgetrieben ein kostengünstiges vollautomatisches
Getriebe. Bei solchen Servokupplungen wird das Öffnen und
Schließen der Kupplung im allgemeinen durch einen
Servoantrieb getätigt.
Bei konventionellen Schaltgetrieben ist der Rückwärtsgang im
allgemeinen weder synchronisiert noch im Dauereingriff.
Darüber hinaus ist der Rückwärtsgang mit gerade verzahnten
Zahnrädern ausgeführt. Dadurch kann es beim Einlegen des
Rückwärtsgangs zu Problemen kommen, wenn die Zahnflanken der
dem Rückwärtsgang zugeordneten Zahnräder direkt aufeinander
stehen. Ist dies der Fall, so kann der Rückwärtsgang nicht
eingelegt werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
System zu entwerfen, mit dem der Rückwärtsgang in jeder
Situation sicher, komfortabel und getriebeschonend eingelegt
werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1
gelöst.
Wie erwähnt, geht die Erfindung aus von einem System zur
Steuerung einer Servokupplung, die zwischen einem
Fahrzeugmotor und einem wenigstens einen einlegbaren
Rückwärtsgang aufweisenden Getriebe angeordnet ist. Zum
Einlegen des Rückwärtsgangs müssen wenigstens zwei
rotierbare Getriebeteile in einen ineinandergreifenden
Zustand gebracht werden. Der Kern der Erfindung besteht
darin, daß zum Einlegen des Rückwärtsgangs die Servokupplung
derart angesteuert wird, daß wenigstens eines der
Getriebeteile in eine Rotationsbewegung versetzt wird.
Durch das erfindungsgemäße System kann in jedem Fall der
Rückwärtsgang sicher, komfortabel und getriebeschonend
eingelegt werden, da es nicht zu dem oben erwähnten
statischen Aufeinanderstehen der Zahnflanken kommen kann.
Dies betrifft auch das Einlegen des Rückwärtsgangs unter
extremen Bedingungen (beispielsweise niedrige Temperatur,
Fahrzeugneigungen). Durch die Erfindung kann man auch dann
ein getriebeschonendes Einlegen des Rückwärtsgangs
realisieren, wenn beispielsweise der Fahrzeugmotor im
Leerlauf auf einem hohen Drehzahlniveau gehalten wird und
dabei der Rückwärtsgang eingelegt werden soll.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist
vorgesehen, daß das Öffnen und Schließen der Servokupplung
in an sich bekannter Weise mittels eines Ein- und Ausrückens
eines von Steuermitteln gesteuerten ersten Stellgliedes
geschieht. Das Getriebe weist dabei ein durch die
Steuermittel gesteuertes zweites Stellglied auf, mittels dem
zur Einlegung eines Rückwärtsgangs als Getriebeteile
wenigstens zwei rotierbare Zahnräder in einen
ineinandergreifenden Zustand gebracht werden. Die
erfindungsgemäße Steuereinheit ist dann derart ausgelegt,
daß das erste Stellglied in der Weise angesteuert wird, daß
wenigstens eines der Zahnräder kurz vor dem
Ineinandergreifen der Zahnräder in eine Rotationsbewegung
versetzt wird.
Diese Rotationsbewegung kann dabei erfindungsgemäß durch
eine Ansteuerung der Servokupplung in der Weise erreicht
werden, daß auf ein Signal, das ein gewünschtes Einlegen des
Rückwärtsgang repräsentiert, hin die Servokupplung vor dem
Einlegen des Rückwärtsgangs im Sinne eines wenigstens
teilweisen Schließens der Kupplung angesteuert wird. Hierzu
kann die oben erwähnte Steuereinheit derart ausgelegt sein,
daß auf ein Signal, das ein gewünschtes Einlegen des
Rückwärtsgang repräsentiert, hin das erste Stellglied vor
dem Einlegen des Rückwärtsgangs im Sinne eines wenigstens
teilweisen Schließens der Kupplung angesteuert wird. Das
Signal, das ein gewünschtes Einlegen des Rückwärtsgang
repräsentiert, wird dabei im allgemeinen direkt durch den
Fahrer initiiert.
Nach diesem im vorhergehenden Abschnitt erwähnten wenigstens
teilweisen Schließen der Kupplung ist in einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung ein weiterer Schritt vorgesehen,
in dem die Servokupplung im Sinne eines wenigstens
teilweisen Öffnens der Kupplung angesteuert wird. Hierzu
kann die erwähnte Steuereinheit derart ausgelegt sein, daß
nach dem wenigstens teilweisen Schließen der Kupplung das
erste Stellglied im Sinne eines wenigstens teilweisen
Öffnens der Kupplung angesteuert wird.
Besonders vorteilhaft ist es, daß die Ansteuerung der
Servokupplung abhängig von einer erfaßten Getriebedrehzahl
geschieht. Die Getriebedrehzahl repräsentiert dabei
insbesondere die Rotationsbewegung eines der Getriebeteile
(Zahnräder), durch die der Rückwärtsgang realisiert wird.
Hierzu ist die Steuereinheit derart ausgelegt, daß die
Ansteuerung des ersten Stellgliedes abhängig von der
erfaßten Getriebedrehzahl geschieht. Diese Ausgestaltung hat
den Vorteil, daß durch das Schließen und/oder Öffnen der
Servokupplung sehr genau der Drehzahlverlauf des
eingreifenden Zahnrades dosiert werden kann. Hierdurch kann
erreicht werden, daß eines der Zahnräder zum Zeitpunkt des
Ineinandergreifens, also des eigentlichen Gangeinlegens, mit
einer geringen Drehgeschwindigkeit rotiert. Selbst wenn sich
im ungünstigsten Fall Zahnflanken gegenüberstehen, gleiten
dadurch die gegenüberstehenden Zahnflanken aneinander ab und
ermöglichen so das sichere, komfortable und
getriebeschonende Einlegen des Rückwärtsgangs.
In einer weiteren Ausgestaltung geschieht die Ansteuerung
der Servokupplung im Sinne des wenigstens teilweise
Schließens der Kupplung derart, daß der Getriebedrehzahl auf
einen vorgebbaren ersten Wert oder zum Erreichen eines
vorgebbaren ersten Schwellwertes eingestellt wird. Hierzu
ist die Steuereinheit derart ausgelegt, daß die Ansteuerung
des ersten Stellgliedes zur Einstellung der Getriebedrehzahl
auf einen vorgebbaren ersten Wert oder zum Erreichen eines
vorgebbaren ersten Schwellwertes geschieht.
Das anschließende Öffnen der Kupplung kann dann zur
Einstellung der Getriebedrehzahl auf einen vorgebbaren
zweiten Wert oder zum Erreichen eines vorgebbaren zweiten
Schwellwertes unternommen werden. Hierzu ist die
Steuereinheit derart ausgelegt, daß die Ansteuerung des
Stellgliedes im weiteren Schritt zur Einstellung der
Getriebedrehzahl auf einen vorgebbaren zweiten Wert oder zum
Erreichen eines vorgebbaren zweiten Schwellwertes geschieht.
Im Gegensatz zur beschriebenen drehzahlabhängigen
Ansteuerung der Servokupplung kann auch vorgesehen sein, daß
die Ansteuerung (beziehungsweise Ansteuerungen) der
Servokupplung zeitgesteuert geschieht. Entsprechend ist die
Steuereinheit ausgelegt. Diese Ausgestaltung der Erfindung
hat den Vorteil, daß die Erfassung der Getriebedrehzahl
nicht erforderlich ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist vorgesehen, daß die Ansteuerung der Servokupplung zur
Einstellung eines vorgebbaren, insbesondere geringen, Wertes
der Getriebedrehzahl geschieht. Dabei ist die Steuereinheit
entsprechend ausgelegt. Insbesondere ist daran gedacht, daß
durch Ansteuerung der Servokupplung die Getriebedrehzahl auf
einen vorgebbaren, insbesondere geringen, dritten Wert
geregelt wird. Diese Ausgestaltung setzt voraus, daß die
Drehzahlinformation schon bei relativ geringen Drehzahlen
zuverlässig vorhanden ist. Hierzu kann beispielsweise ein an
sich bekannter Hall-Sensor zur Drehzahlerfassung verwendet
werden. In diesem Fall kann der Kupplungsschlupf
(beispielsweise im Sinne einer Regelung der Getriebedrehzahl
auf den geringen Wert) derart eingestellt werden, daß das
eingreifende Zahnrad eine bestimmte geringe Drehzahl
aufweist. Ist diese Drehzahl eingestellt, so kann der
Rückwärtsgang problemlos eingelegt werden, da wie oben
erwähnt das Aufeinanderstehen der Zahnflanken verhindert
wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in Unteransprüchen
zu entnehmen.
Die Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau des
erfindungsgemäßen Systems anhand eines Blockschaltbildes. In
der Fig. 2 ist ein möglicher zeitlicher Ablauf der
erfindungsgemäßen Vorgehensweise zu sehen.
Anhand der im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele
soll die Erfindung verdeutlicht werden.
Die Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Servokupplung
11 eingebaut in ein Gesamtsystem.
In der Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 ein
Fahrzeugmotor, dessen Ausgangswelle mit der Schwungscheibe
1101 der Servokupplung 11 verbunden ist, markiert.
Abtriebsseitig führt die Servokupplung 11 zu dem Getriebe
12.
Der Steuereinheit 13 wird das Signal R zugeführt, das als
Ausgangssignal des vom Fahrer betätigbaren Wählhebels 14
anliegt. Das Signal R gibt dabei an, ob das Einlegen des
Rückwärtsgangs gewünscht ist. Darüber hinaus liegt an der
Steuereinheit 13 das Signal Ng an, das die Drehzahl eines
dem Rückwärtsgang zugeordneten Zahnrades (Z1 in der Fig. 2)
direkt oder indirekt angibt. Der Einfachheit halber wird als
Getriebdrehzahl Ng in der Fig. 1 die Ausgangsdrehzahl der
Servokupplung 11 durch den Drehzahlsensor 1107 dargestellt.
Die Getriebedrehzahl kann aber auch im Getriebe selbst
erfaßt werden.
Zur Ermittlung der Getriebeübersetzungen werden der
Steuereinheit 13 im allgemeinen weitere Signale
(beispielsweise die Motorlast und die
Fahrzeuglängsgeschwindigkeit) zugeführt. Dies ist in der
Fig. 1 nicht dargestellt.
Die Kupplung an sich ist in bekannter Weise mit einer
Schwungscheibe 1101, einer Kupplungsscheibe 1110, einer
Druckplatte 1111, einem Federelement (Tellerfeder) 1102 und
dem Ausrücklager 1112 ausgestattet. Das Drehmoment, das von
der Kupplung im schleifenden Betrieb übertragen wird, das
Kupplungsmoment, ist unter anderem durch die Vorspannung der
Tellerfeder 1102 gegeben. Die Vorspannung der Tellerfeder
1102 ist wiederum abhängig vom Einrückweg S des
Kupplungsgestänges, das in diesem Ausführungsbeispiel als
Zahnstange 1104 ausgebildet ist. Die Zahnstange 1104 wird
durch die Ausgangswelle des Stellmotors 1105 betätigt.
Die Fig. 2 betrifft die Vorgänge im Getriebe 12 und in der
Servokupplung 11, wobei im oberen Teil die dem Rückwärtsgang
zugeordneten Zahnrädern Z1 und Z2 in verschiedenen
einstellbaren Positionen und in zwei unterschiedlichen
Schnitten zu sehen. Beispielhaft am Zahnrad Z1 ist mit dem
Bezugzeichen A die Anschrägung und mit dem Bezugszeichen ZF
die Zahnflanke angedeutet. Weiterhin ist die Getriebewelle
GW und die Zwischenwelle ZW zu sehen. Die relative Position
der beiden Zahnräder Z1 und Z2 geschieht durch eine
Ansteuerung PR des mit dem Bezugszeichen 1201
gekennzeichneten Stellgliedes.
Im linken oberen Teil der Fig. 2 ist die Neutral-Position
der Zahnräder Z1 und Z2 zu sehen (Ansteuersignal PRn des
Stellgliedes 1201). Im mittleren und rechten oberen Teil der
Fig. 2 sind die Mittel-Stellung (Ansteuersignal PRm des
Stellgliedes 1201) und die Rückwärtsgang-Position
(Ansteuersignal PRr des Stellgliedes 1201) gezeigt. In der
Rückwärtsgang-Position ist der Rückwärtsgang vollständig
eingelegt, die Zahnräder Z1 und Z2 greifen ineinander.
Im unteren Teil der Fig. 2 ist der zeitliche Ablauf der
Stellung (1, 2) der Servokupplung, der Getriebedrehzahl
(Ng), der Motordrehzahl (Nmot) und der Stellsignale (PR) zu
sehen.
Bei laufendem Fahrzeugmotor wird zum Zeitpunkt t1 in der
Neutral-Position (PRn) der Befehl R zum Einlegen des
Rückwärtsgangs gegeben. In Reaktion auf das Signal R wird
durch eine entsprechende Ansteuerung St der Servokupplung
(wenigstens teilweises Schließen der Kupplung) kurz ein
Kraftschluß realisiert. Die Kupplung geht also bei t1 von
dem Zustand 1 (kein Kraftschluß) über zum Zustand 2
(Kraftschluß). Die Motordrehzahl Nmot sinkt dabei
unwesentlich ab.
Der Kraftschluß der Kupplung wird so lange aufrechterhalten
bis die Getriebedrehzahl Ng, beispielsweise die Drehzahl des
Zahnrades Z1, den oberen Schwellwert SW1 zum Zeitpunkt t2
erreicht oder überschritten hat (Verlauf a). In dem Zeitraum
zwischen dem Zeitpunkt t1 bis t2 wird das Zahnrad Z2 in die
Mittelposition gerückt (Ansteuerung PRm). Dies kann aber
auch erst zum Zeitpunkt t2 erfolgen. Die Kupplung wird
derart angesteuert (Ansteuerung St), daß sie wieder den
Zustand 1 (kein Kraftschluß) annimmt. Die Getriebedrehzahl
Ng sinkt wegen der Trägheit des Getriebes ab bis sie zum
Zeitpunkt t3 den unteren Schwellwert SW2 erreicht oder
unterschritten hat (Verlauf a). Zum Zeitpunkt t3 rotiert die
Getriebewelle GW noch mit der geringen Drehzahl SW2, so daß
bei einem vollständigen Einlegen des Rückwärtsgangs
(Ansteuerung PRr) zu diesem Zeitpunkt das Problem, daß die
Zahnflanken ZF der Zahnräder Z1 und Z2 aufeinander zu stehen
kommen und der Rückwärtsgang sich nicht einlegen läßt, nicht
vorkommen kann. Durch die geringe Rotation gleiten die im
Extremfall sich gegenüberstehenden Zahnflanken ZF der
Zahnräder Z1 und Z2 aneinander ab, so daß der Rückwärtsgang
eingelegt werden kann.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die
Zeitpunkte t2 und t3 durch Vergleiche der Getriebedrehzahl
Ng mit den Schwellwerten SW1 und SW2 bestimmt. Alternativ
kann vorgesehen sein, daß die Zeitpunkte t2 und t3
zeitgesteuert zu wählen. Bei dieser Variante wird die
Getriebedrehzahl nicht benötigt.
In einer weiteren Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß
in Reaktion auf den Befehl R (Einlegen des Rückwärtsgangs)
der Kraftschluß an der Kupplung derart eingestellt wird, daß
die Getriebdrehzahl auf den unteren Schwellwert SW2
eingestellt beziehungsweise geregelt wird (Verlauf b). Dies
ist im unteren Teil des in der Fig. 2 gezeigten Ablaufs
damit gekennzeichnet, daß die Kupplung bis zum Zeitpunkt t3
den Zustand 2 (Kraftschluß) annimmt. Bei dieser Variante
kann das vollständige Einlegen des Rückwärtsgangs (PRr) in
einem gewissen Drehzahlband erfolgen, ohne daß die
Getriebedrehzahl Ng über einen Schwellwert SW2 geht wie bei
der ersten Variante. Diese Ausgestaltung setzt allerdings
voraus, daß die Drehzahl Ng schon bei relativ geringen
Drehzahlen verläßlich vorhanden ist. Hierzu kann
beispielsweise ein an sich bekannter Hall-Sensor zur
Drehzahlerfassung verwendet werden.
Claims (10)
1. System zur Steuerung einer Servokupplung (11), die
zwischen einem Fahrzeugmotor (10) und einem wenigstens einen
einlegbaren Rückwärtsgang aufweisenden Getriebe (12)
angeordnet ist, und zum Einlegen des Rückwärtsgangs
wenigstens zwei rotierbare Getriebeteile (Z1, Z2) in einen
ineinandergreifenden Zustand gebracht werden, dadurch
gekennzeichnet, daß zum Einlegen des Rückwärtsgangs die
Servokupplung (11) derart angesteuert wird, daß wenigstens
eines der Getriebeteile (Z1, Z2) in eine Rotationsbewegung
versetzt wird.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Öffnen und Schließen der Servokupplung (11) mittels eines
Ein- und Ausrückens eines von Steuermitteln (13) gesteuerten
ersten Stellgliedes (1105) geschieht, und das Getriebe (12)
ein durch die Steuermittel (13) gesteuertes zweites
Stellglied (1201) aufweist, mittels dem zur Einlegung eines
Rückwärtsgangs als Getriebeteile wenigstens zwei rotierbare
Zahnräder (Z1, Z2) in einen ineinandergreifenden Zustand
gebracht werden, und die Steuereinheit (13) derart ausgelegt
ist, daß das erste Stellglied (1105) derart angesteuert
wird, daß wenigstens eines der Zahnräder (Z1) kurz vor dem
Ineinandergreifen der Zahnräder in eine Rotationsbewegung
versetzt wird.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß
- - die Ansteuerung der Servokupplung (11) derart ausgelegt ist, daß auf ein Signal (R), das ein gewünschtes Einlegen des Rückwärtsgangs repräsentiert, hin die Servokupplung (11) vor dem Einlegen des Rückwärtsgangs im Sinne eines wenigstens teilweisen Schließens der Kupplung angesteuert wird oder
- - die Steuereinheit (13) derart ausgelegt ist, daß auf ein Signal (R), das ein gewünschtes Einlegen des Rückwärtsgang repräsentiert, hin das erste Stellglied (1105) vor dem Einlegen des Rückwärtsgangs im Sinne eines wenigstens teilweisen Schließens der Kupplung angesteuert wird.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Ansteuerung der Servokupplung (11) derart ausgelegt ist, daß nach dem wenigstens teilweisen Schließen der Kupplung in einem weiteren Schritt die Servokupplung im Sinne eines wenigstens teilweisen Öffnens der Kupplung angesteuert wird oder
- - die Steuereinheit (13) derart ausgelegt ist, daß nach dem wenigstens teilweisen Schließen der Kupplung in einem weiteren Schritt das erste Stellglied (1105) im Sinne eines wenigstens teilweisen Öffnens der Kupplung angesteuert wird.
5. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß
- - die Ansteuerung der Servokupplung (11) abhängig von einer erfaßten Getriebedrehzahl (Ng), die insbesondere die Rotationsbewegung eines der Getriebeteile (Z1) repräsentiert, geschieht oder
- - die Steuereinheit (13) derart ausgelegt ist, daß die Ansteuerung des ersten Stellgliedes (1105) abhängig von einer erfaßten Getriebedrehzahl (Ng), die insbesondere die Rotationsbewegung eines der Zahnräder (Z1) repräsentiert, geschieht.
6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Ansteuerung der Servokupplung (11) zur Einstellung der Getriebedrehzahl (Ng) auf einen vorgebbaren ersten Wert (Ng1) oder zum Erreichen eines vorgebbaren ersten Schwellwertes (SW1) geschieht oder
- - die Steuereinheit (13) derart ausgelegt ist, daß die Ansteuerung des ersten Stellgliedes (1105) zur Einstellung der Getriebedrehzahl (Ng) auf einen vorgebbaren ersten Wert (Ng1) oder zum Erreichen eines vorgebbaren ersten Schwellwertes (SW1) geschieht.
7. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Ansteuerung der Servokupplung (11) im weiteren Schritt zur Einstellung der Getriebedrehzahl (Ng) auf einen vorgebbaren zweiten Wert (Ng2) oder zum Erreichen eines vorgebbaren zweiten Schwellwertes (SW2) geschieht oder
- - die Steuereinheit (13) derart ausgelegt ist, daß die Ansteuerung des Stellgliedes (1105) im weiteren Schritt zur Einstellung der Getriebedrehzahl (Ng) auf einen vorgebbaren zweiten Wert (Ng2) oder zum Erreichen eines vorgebbaren zweiten Schwellwertes (SW2) geschieht.
8. System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß
- - die Ansteuerung der Servokupplung und/oder die Ansteuerung der Servokupplung im weiteren Schritt zeitgesteuert geschieht oder
- - die Steuereinheit (13) derart ausgelegt ist, daß die Ansteuerung des Stellgliedes (1105) oder die Ansteuerung des Stellgliedes (1105) im weiteren Schritt zeitgesteuert geschieht.
9. System nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß
- - die Ansteuerung der Servokupplung (11) zur Einstellung eines vorgebbaren, insbesondere geringen, Wertes (Ng3) der Getriebedrehzahl geschieht oder
- - die Steuereinheit (13) derart ausgelegt ist, daß die Ansteuerung der Servokupplung zur Einstellung eines vorgebbaren, insbesondere geringen, Wertes (Ng3) der Getriebedrehzahl geschieht.
10. System nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß
- - die Ansteuerung der Servokupplung (11) zur Regelung der Getriebedrehzahl (Ng) auf einen vorgebbaren, insbesondere geringen, dritten Wert (Ng3) geschieht oder
- - die Steuereinheit (13) derart ausgelegt ist, daß die Ansteuerung der Servokupplung zur Regelung der Getriebedrehzahl (Ng) auf einen vorgebbaren, insbesondere geringen, dritten Wert (Ng3) geschieht.
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